蔣步泓

（寧夏建筑科學研究院有限公司，寧夏 銀川750021）

0 引言

CFG 樁復合地基在處理高低層建筑、不均勻地基差異沉降、濕陷性黃土和靈敏土等方面，取得了可喜的成績。但是，在推廣過程中也出現(xiàn)了一些問題。與淺基礎、 樁基相比較，CFG 樁復合地基理論還不成熟，落后于實際，其承載力和沉降計算理論正在發(fā)展之中。

1 樁側摩阻力和樁端阻力特性

1.1 樁側摩阻力特性

樁側摩阻力的產(chǎn)生是由于樁和樁側土在荷載作用下存在相對位移趨勢或產(chǎn)生相對位移，若樁與樁間土之間不存在相對位移或相對位移趨勢，則樁側摩阻力為零。理論上，理想的剛性樁在垂直荷載的作用下，樁頂和樁低的位移相等，樁周各處的摩擦力能得到充分發(fā)揮。若地基土質(zhì)均勻，則樁側摩阻力沿樁深度方向分布是均勻的，并且隨荷載的增大呈線性增大。

但對于半剛性樁的CFG 樁而言，在荷載作用下樁體自身會發(fā)生一定壓縮量，此時樁頂位移大于樁低位移，樁與樁間土之間相對位移自上而下是逐步減少的。假設地基土質(zhì)均勻，則樁側摩阻力自上而下也是逐步減少的。然而，由于褥墊層的存在，在上部荷載作用下，樁體在一定程度下會刺入褥墊層，此時樁周土體發(fā)生沉降且沉降量超過樁的沉降時，樁周土體對樁產(chǎn)生向下的摩阻力作用，即產(chǎn)生負摩擦力，樁頂?shù)哪Σ亮κ艿较魅?，從而使得在沿樁長，摩擦阻力從樁頂?shù)綐兜壮氏戎饾u增大，然后逐漸減少的趨勢。

1.2 樁端阻力特性

樁端持力層的特性會直接影響到樁端阻力的大小，對于理想的剛性樁而言，樁頂和樁端位移相等，如果樁端落在高強度的礫、砂類巖層上時，樁端阻力能夠得到很好的發(fā)揮，復合地基承載力也得到了很大的提高。對于柔性樁，在上部荷載的作用下，樁體的壓縮量可能等于樁頂?shù)奈灰?，這樣樁端不管落在何種地層中，樁端阻力都不會得到很好的發(fā)揮，復合地基承載力的提高不明顯。

CFG 樁屬于半剛性樁的范疇，樁上的相對模量介于剛性樁和柔性樁之間，樁頂?shù)奈灰朴蓸扼w產(chǎn)生的位移和樁體自身的壓縮量構成，并且樁體自身的壓縮量只占一小部分，這樣當樁端落在較好的土層上，樁端阻力能夠得到有效的發(fā)揮，復合地基的承載力有顯著的提高。

2 樁體影響分析

復合地基中樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁的壓縮性明顯小于樁間土，樁頂應力比樁間土表面應力大，基礎傳遞給復合地基的應力逐漸集中到樁體上。樁可將上部荷載向較深的土層傳遞并相應減少了樁間土承擔的荷載，樁體就起到加強體的作用。復合地基承載力相比天然地基有了明顯的提高，沉降量也有所減少。樁體隨沿其剛度的增加，作用發(fā)揮的更加明顯，復合地基承載力提高的更為顯著。這一點也是CFG 樁復合地基和散體狀比如碎石樁不同的一個特點。此外，樁體對樁間土還有一個擠密的作用。在荷載作用下，樁體不會膨脹變形，樁體承受的荷載通過樁周側摩附力和樁端阻力傳至深層地基土中，其復合地基承載力提高幅度更大。同時樁體本身具有良好的透水性，具有一定的排水作用，這種作用有利于孔隙水壓力的消散、有效應力的增長、樁間土強度和復合地基承載力的提高。

樁徑大小直接影響著復合地基的置換率，一根樁體如果承擔的加固面積相同的情況下，樁徑大，置換率就大，處理區(qū)域的復合模量就大，復合地基承載力提高的就越明顯。樁體長度不同時，在承擔相同的基礎荷載時，樁體和樁間土所承擔的應力分擔不同，樁越長，樁承擔的荷載就越大，樁間土的壓縮變形就??；樁越短，樁體承擔基礎荷載就越小，基礎荷載大部分由樁間土承擔，使得沉降比較大。因此增加樁長可以增大加固區(qū)的深度，同時樁體越長，樁側摩阻力越大，上部荷載可以傳遞到更深的土層中，使復合地基的承載能力提搞，變形減少。

3 褥墊層影響因素分析

根據(jù)《建筑地基處現(xiàn)技術規(guī)范》規(guī)定：樁頂同基礎間應該設置一道褥墊層，厚度宜取150-300mm，當樁徑大或樁距大時褥墊層宜取高值。褥墊層材料一般采用碎石或是灰土，若采用碎石褥墊層時，宜用粗砂、中砂、級配砂石或碎石等，最大粒徑不應超過30mm。

褥墊層厚度大小的設置對負荷地基承載力的影響意義重大。褥墊層的設置使得樁及樁間土始終同時受力，并且通過調(diào)整褥墊層厚度大小來調(diào)解樁、土之間的荷載分配。褥墊層厚度過小，基礎底部會產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，基礎收到樁的沖切，這樣勢必要增加基礎厚度或增加配筋，基礎荷載主要由樁來承擔，樁間土承載力達不到發(fā)揮，要滿足設計要求只能增加樁的數(shù)量，這樣會增加工程造價，對控制工程造價不利；褥墊層厚度過大時，樁體同樁間土之間應力比接近于1，這樣樁體承載力又不能得到很好的發(fā)揮，復合地基承載力和天然地基承載力相比提高不明顯，樁的設置就意義不大。因此，在設計CFG 樁復合地基時要嚴格控制褥墊層的厚度，這樣才能調(diào)復合地基的承載力。

4 置換率的影響分析

復合地基中，一根樁和它所承擔的樁間土體為一復合土體單元。在這一復合土體單元中，樁的斷面面積和復合土體單元面積之比，稱為面積置換率。復合地基承載力是由樁和樁間土承載力兩部分構成的，樁的承載力相比樁間土要大很多，當樁長、樁徑一定時，樁間距越小，即置換率越大時復合地基承載力越高，復合地基承載能力越高，變形越小，但是分擔到樁間土上的荷載越小，不能充分發(fā)揮樁間土的承載力。而樁間距越大即置換率越小，則復合地基承載力也就越低。置換率的存在能有效的調(diào)節(jié)樁與樁間土的荷載分擔比，研究表明當置換率在0.04-0.08 之間時，樁土荷載的分擔比最為合理。

5 施工工藝影響分析

CFG 樁常用施工工藝有振動沉管灌注成樁，長螺旋鉆孔灌注成樁和長螺旋鉆孔、管內(nèi)裝混合料成樁。

三種施工工藝對施工條件都有其各自的要求，振動沉管灌注成樁施工工藝屬于非排土成樁工藝，主要適合粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、松散沙土等地質(zhì)條件、長螺旋鉆孔灌注成樁施工工藝要求施工土層處于地下水位以上，施工條件適合于粘性土、粉土、素填土、中等密實以上的沙土，屬于非擠土成樁工藝；長螺旋鉆孔泵壓混合料成樁，適用于粘性土、粉土、砂土，以及對噪音或污染要求比較嚴格的場地。

6 時間和空間效應影響分析

在對CFG 樁復合地基進行施工時，可能會出現(xiàn)土體的結構強度降低甚喪失的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要是由于使用振動沉管成樁的過程中，會產(chǎn)生劇烈振動，這種振動會擾動土體并使土體的結構強度降低，尤其是對高靈敏度土體的影響更為嚴重。在施工結束以后，土體結構強度降低的現(xiàn)象就會逐漸消失，主要原因有兩點，其一就是對上進行了振動擠密，施工結束后隨著時間的增加結構強度也逐漸恢復；其二是由于樁間土受樁的約束，不會隨意側向變形，土的受力性能大大提高。因此，在時間的推移下樁身強度、樁間土的結構強度等因素都能提高，復合地基的承載力大大提高。

7 結束語

總之，如何有效控制復合地基的質(zhì)量并進而對質(zhì)量進行準確預測是一個比較前沿的課題，此類研究也具有極為重要的理論價值和工程應用背景。

［1］龔曉南.復合地基設計和施工指南[M].北京:人民交通出版社，200.3

［2］閻明禮，張東剛.CFG 樁復合地基技術及工程實踐[M].中國水利電力出版社，2001.